深海水下油气分离器设计
油-气-水三相分离器的设计
重力式分离器的研制最初是以油气或油水两相分离作为目的的。最早的油气分离器基本都是采用空筒结构，发展较成熟的早期油气两相分离器以前苏联油田上使用的CTT型卧式分离器[2]为代表，该型分离器由疏流室、集液室、油气接收室以及分离器室四部分组成，内部安装有疏流板、折流板和除雾器等一些简单的内部构件，可以处理有较广范围汽油比的油气混合液；而早期的油水分离器是由油水分离池发展而来，油水分离池的发展经历了API(普通隔油池)、PPI（平行板隔油池）和CPI（波纹板隔油池）[3]。API型油水分离池由美国石油学会研制，之后壳牌公司在此基础上通过添加内部倾斜平板得到了PPI型油水分离池，不久又对其进行改进，将平板换为波纹板，不仅提升了分离效果，同时也降低了成本。CPI型油水分离池的优点是油水分离效果好，停留时间短（一般不超过30分钟），占地面积小。
设备体积大。一般油气水三相分离器体积较大，尤其是卧室油气水三相分离器占地面积相当大，导致使用成本增加。以卧式油气水三相分离器为例，解决上述问题的一种有效方法就是对分离器内多相流进行流场分析，从而选取合适的内部构件并进行合理安装。正确选取内部构件可缩短分离时间，提高分离效率，从而使分离器结构紧凑，有效减小占地面积。
图2立式旋风分离器结构
另外，威瑞泰默斯生产的高效复合三相分离器STS采用气液中度旋流技术、压缩气浮选技术、油水界位精确测定技术、水洗技术、斜板沉降技术等，有效消除了段赛流的影响，加速了油水的分离，取得了较高的分离效果；山东科瑞控股集团有限公司生产的YQ01型三相分离器，在提高分离效率减少设备投资的同时，也提高了产品的适用范围，该产品可适应-40℃～60℃的环境温度[6]。
学生：XXX
指导教师：XX
[摘要]：随着石油资源消耗的不断增加以及可开采石油资源的减少，油页岩成为备受关注的石油替代能源。油气水三相分离器是油页岩地表系统中的关键设备，采出混合液在卧式油气水三相分离器中经由重力沉降以及碰撞聚结达到油、气、水的分离。油气田生产的天然气及原油含有不凝气,通常采用轻烃回收、原油稳定、天然气净化等装置来回收轻质油及其它产品，这些装置都有对油、气、水混合液进行分离的工艺过程。本文针对生产实践中所取得的一些数据进行模拟设计出所对应油气水三相分离器的参数，并对其进行ANSYS模拟所受应力情况。
油气分离器的设计
油气别离器的设计喷油螺杆压缩机中，在压缩气体的同时，大量的油被喷入压缩机的齿间容积。
这些油和被压缩气体形成的油气混合物，在经历相同的压缩过程后，被排到机组的油气别离器中。
油气别离器是喷油螺杆压缩机机组系统中的主要设备之一。
为了降低机组排气中的含油量和循环使用机组中的润滑油，必须利用油气别离器把润滑油有效地从气体中别离出来。
一、油气别离原理与方法1.油气混合物特性在由被压缩气体和润滑油形成的油气混合物中，润滑油以气相和液相两种形式存在。
处于气相的润滑油是由液相的润滑油蒸发所产生的，其数量的多少除取决于油气混合物的温度和压力外，还与润滑油的饱和蒸气压有关。
油气混合物的温度和压力愈高，那么气相的油愈多；饱和蒸气压愈低，那么气相的油愈少。
气相油的特性与其他气体类似，无法用机械方法予以别离，只能用化学方法去去除。
在一般的运行工况下，油气混合物中处于气相的润滑油很少。
一是因为在通常的排气温度下，混合物中润滑油蒸气的分压力很低；二是由于润滑油在从喷入到别离的时间很短，没有足够的时间到达气相和液相间的平衡状态。
处于液相的润滑油占了所有被喷入油中的绝大局部，但这种液相油滴的尺寸范围分布很广。
大局部油滴直径通常处在 1～50μm，少局部的油滴可小至与气体分子具有同样的数量级，仅有μm。
显然，大油滴和小油滴的性质会有较大的差异。
在重力作用下，只要油气混合物的流速不是太快，大的油滴最终都会落到油气别离器的底部。
油滴直径越小，其下落的时间就越长。
对于直径很小的润滑油微粒，却可以长时间悬浮在空气中，无法在自身重力的作用下，从气体中被别离出来。
油气别离器的作用，就是尽可能地把这局部油滴别离出来。
2.油气别离方法按别离机理的不同，喷油螺杆压缩机机组中采用两种不同的油气别离方法。
一种称为机械法，即碰撞法或旋风别离法，它是依靠油滴自身重力以及离心力的作用，从气体中别离直径较大的油滴。
实际测试说明，对于直径大于1μm 的油滴，都可采用机械法被有效地别离出来。
3海洋油气开发用水下紧凑型多相分离技术_李锐锋
种新型紧凑型水下多相分离技术 和设 备， 如 巴 西 石 油公 司 ( Petrobras ) 的 垂 直 环 空 分 离 和 泵 送 系 统 ( VASPS) 、FMC Technologies 公司与 Shell 石油 公 司 联合研 发的 立式 沉 箱 分 离 器、 法 国 Total 石油 公 司 的立式气液分离器、Petrobras 与 Statoil 公司联合开 发的 卧 式 单 根 盘 管式分 离 器、 意 大 利 Saipem 公 司 的立式多管分离器等，从而将水 下 生产 系 统用 紧 凑
［8 ］ 合 Perdido 油田的具体情况进行相应改进 。 Perdido 油 田 的 水 下 生产 系 统 共 使 用了 5 个 沉 箱气液分离 器。 每 个 沉 箱 气液 分 离 器包括入 口 组
件和分离 器主 体 2 大部分， 带 有 大 型 钢 制 入 口 组 件，这是该 系 统 与 Parque das Conchas 油 田 用海 底 立式沉箱分离器的最大区别。入 口 组 件 基于 美 国 塔 尔萨大学 ( Tulsa University ) 多 相 分 离 技术研究 中 心的气液圆柱旋流器技术研制 而 成。 海 底 油井 产 出 物首先进入如图 2 所示的入口 组 件， 其 切 向 入 口 使 气液混合物在沉箱壳体内壁产生 轻 微 的 离 心 分 离 过 ［9 ］ 程 。经过入口组件的预分离作用后，气液 混 合 相 进入 沉 箱 气 液 分 离 器 的 主 体 分 离 区 中， 该 分 离 区 的深 度 约 为 105 m、 大、 小 外 径 分 别 为 889 、406 mm，工作原理与 Parque das Conchas 油 田使 用 的 沉 箱分离器相似。流入分 离 器 底 部 的液 体 经 功 率 1. 2 MW 电动潜油离心泵输送 至 海上 平 台， 顶 部回 收 的
深海水下油气分离器设计
深海水下油气分离器设计罗晓兰;杨君;段梦兰【摘要】通过分析油气分离器结构参数对分离器性能的影响,针对3000 m海底油气分离器的设计要求,设计出了满足不同的油气处理量的深海水下油气分离器.并利用平衡轨道理论对所设计的分离器进行性能计算,计算结果表明:在压降小于0.08 MPa下,分离器的总效率大于99.8%,粒径为10 μm以上的油滴分离效率为100%.同时,选用X70钢作为分离器的材料,其强度、稳定性及耐腐蚀性等均能满足深海水下工作的要求.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2010(025)001【总页数】4页(P42-45)【关键词】油气分离器;平衡轨道理论;压降;X70钢【作者】罗晓兰;杨君;段梦兰【作者单位】中国石油大学,北京,102249;中海油田服务股份有限公司,北京,100010;中国石油大学,北京,102249【正文语种】中文【中图分类】TE969Abstract:Through analyzing the structural parameters influence on the performance of oil and gas separators,aiming at the design conditions of 3 000 m deepwater oil and gas separators,some are satisfied with differentthroughput by ing balanced orbital theory,the performance of the oil and gas separators is calculated.The results show that under less than 0.08 MPa pressure condition,total efficiency of the separators is more than 99.8%,separate efficiency of oil drops bigger than 10μm diameters is 100%.At the same time,taking X70 steel as separated material,its strength,stability and corrosion resistance all can meet separated job requirements.Key words:oil and gas separator;balanced orbital theory;pressure drop;X70 steel油气分离是解决海洋石油开采分相输送和精确计量等问题的关键技术之一。
油气水分离
第二节 油气水分离工艺设计一、概述海上油（气）田开发中井流必须经过处理，即进行油、气、水等分离、处理和稳定，才能满足储存、输送或外销的要求。
为了达到这一目的, 设置了一系列生产设备将井流混合物分成单一相态，其中分离器是一主要设备, 其它还包括换热器、泵、脱水器、稳定装置等设备（其他章节介绍）。
附录1中图1和图2就是典型的分离系统流程图[3]。
井流混合物是典型的多组分系统。
油气的两相分离是在一定的操作温度和压力下，使混合物达到平衡，尽量使油中的气析出、气中的油凝析, 然后再将其分离出来。
油、气、水三相分离, 除将油气进行分离外，还要将其中的游离水分离出来。
油、气、水分离一般是依靠其密度差, 进行沉降分离, 分离器的主要分离部分就是应用这个原理。
液滴的沉降速度和连续相的物性对分离效果具有决定性的影响。
下面就基本分离方法、影响因素、分离器的类型及设计计算、系统流程和参数的选取等方面进行介绍，并附以计算实例。
二、基本分离方法流体组分的物理差别主要表现在密度、颗粒大小和粘度三个方面，这些差别也会受到流速、温度等的影响。
根据这些影响因素，油、气、水分离的基本方法主要有三种。
1. 重力分离重力分离是利用流体组分的密度差，较重的液滴从较轻的流体连续相中沉降分离出来。
对于连续相是层流状态的沉降速度可以按斯托克斯定律计算：μρρ18)(2L w g do W -= 公式2-3-2式中： W --油滴或水滴沉降速度, m/s ； d o --油滴或水滴直径, m ； ρw , ρＬ--重、轻组分密度, kg/m 3；μ--连续相的粘度, Pa •s 。
2. 离心分离当一个两相流改变运动方向时，密度大的更趋于保持直线运动方向，结果就和容器壁碰撞，使其与密度小的流体分开。
气体分液罐的入口一般根据此原理设计，使气体切线进入，离心分离；离心油水分离机也是据此原理设计。
如果离心分离的流态是层流，也可用斯托克斯定律计算其离心分离速度。
海底油气开发生产平台的结构分析与优化设计
海底油气开发生产平台的结构分析与优化设计海洋是我国的重要资源之一，尤其是海底油气资源。
随着人们对能源需求的不断增加，我国加大了海底油气勘探与开发的力度，这需要建造越来越多的海底油气开发生产平台。
本文将对海底油气开发生产平台的结构进行分析与优化设计。
一、海底油气开发生产平台的结构分析1. 概述海底油气开发生产平台分为浮动式和固定式两种。
浮动式的平台通过浮力来保持平衡，给海洋环境带来的影响较小，但建设和维护的成本比较高。
固定式平台则是通过桩基或吊挂等方式固定在海底，对环境的影响较大，但建设和维护的成本相对较低。
2. 浮动式平台浮动式平台是通过浮力来保持平衡的。
根据平台的浮力来源，浮动式平台又可分为单浮体式、多浮体式和半潜式。
单浮体式平台是最简单的浮动式平台，它的浮力来源只有一个浮体。
多浮体式平台则是通过多个浮体来保持平衡，这种平台的稳定性比单浮体式平台更好。
半潜式平台则是半浸入水中的，浮力来源大多为上部建筑物和部分浮体，这种平台比其他浮动式平台更稳定。
3. 固定式平台固定式平台是通过在海底上建造桩基或吊挂等方式固定的。
根据对于海底的影响程度不同，固定式平台又可分为浅水平台和深水平台。
浅水平台是建造在浅海区域的平台，垂直于海床，可以通过桩基或者海底吊挂等方式固定在海底。
与深水平台相比，它相对容易施工，但是受到气压、气泡和海浪等影响较大。
深水平台则是建造在深海区域的平台，需要通过各种技术手段将其固定在海底上。
与浅水平台相比，深水平台的气压、气泡和海浪等影响相对较小。
二、海底油气开发生产平台的优化设计在对海底油气开发生产平台的结构进行分析之后，我们可以针对性地进行优化设计。
下面是几点建议。
1. 优化平台结构在浮动式平台的结构设计中，应当尽量减小平台面积，提高平台的稳定性。
可以采用多个浮体的方式来设计平台结构，提高平台在海洋中的稳定性。
在固定式平台的结构设计中，则应当根据不同环境的情况，采用不同的固定方式。
油气分离器设计制造规范
1800 0.8 1.0 1.6 2.0 3.0 注 1 公称直径系指筒体内径 注 2 以上所列分离器数据系指海洋平台正在使用和正预备使用的分离器
表2
公称直径 mm 1600 1800 2000 2400 3000 3800 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
Q/HS
中国海洋石油总公司企业标准
Q HS 3006 2003
油气分离器设计制造规范
Specification for design and fabrication of oil and gas separators20Leabharlann 30129发布
2003
06
01 实施
中 国 海 洋 石 油 总 公 司
发
布
1
Q/HS 3006-2003
图1
立式两相分离器
3
Q/HS 3006-2003
图2 表1
公称直径 mm 500 800 1000 1200 1600 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
卧式两相分离器
立式分离器的规格尺寸和工作压力额定值
最大许用工作压力 MPa 2.0 2.0 2.0 1.6 2.0 4.0 4.0 4.0 2.0 3.0 55 6.0 6.0 6.0 3.0 8.0 8.0 8.0 10.0 10.0 10.0
1
Q/HS 3006-2003
设定的分离器顶部的最高压力 与相应的设计温度一起作为设计载荷的条件 其值应按照工艺 P&ID 要 求 3.3 工作压力 working pressure 在正常工作条件下 分离器顶部可能出现的最高压力 3.4 设计温度 design temperature 分离器在正常工作条件下 依据相应的设计压力 设定的元件的金属温度 沿元件金属截面的温度平均 值 其值应按照工艺 P&ID 要求 3.5 工作温度 working temperature 分离器在正常工作条件下的介质温度 其值应按照工艺 P&ID 要求 4 4.1 材料 其值应按照工艺 P&ID 要求
水下储油系统设计及实施方案研究
水下储油系统设计及实施方案研究水下储油系统是一种用于在水下储存和输送石油的设备。
它主要包括水下储油罐、水下油管、水下输油泵等组成部分。
本文将研究水下储油系统的设计及实施方案，并提出一种针对深海环境的水下储油系统设计方案。
1.需求分析水下储油系统主要应用于深海环境中。
在许多深海油田中，石油产量巨大，但由于深海环境的复杂性，传统的陆地储油系统无法满足要求。
需要设计一种适应深海环境的水下储油系统。
2.设计方案2.1 水下储油罐设计水下储油罐是整个水下储油系统的核心组成部分。
它主要用于存储石油，并保持其在水下环境中的稳定性。
水下储油罐应具备以下特点：（1）材料选用：水下储油罐宜采用高强度、耐海水腐蚀等特性的材料，如钢材或塑料材料。
（2）双层密封：水下储油罐应具备双层密封措施，以防止溢油事故发生。
（3）容量和尺寸：水下储油罐的容量和尺寸应根据实际需要确定，以满足储油需求。
2.2 水下油管设计水下油管用于将储存在水下储油罐中的石油输送到岸上或其他地方。
水下油管应具备以下特点：（1）耐压性能：水下油管应具备足够的耐压性能，以适应高压输送要求。
（2）疲劳寿命：水下油管应具备良好的疲劳寿命，以保证长期稳定运行。
（3）耐腐蚀性能：水下油管应具备耐海水腐蚀的特性，以保证其使用寿命。
3.实施方案根据以上的设计方案，可以制定以下的实施方案：（1）选材：选择适应深海环境的高强度、耐海水腐蚀的材料作为水下储油罐、水下油管和水下输油泵的材料。
（2）制造与安装：根据设计方案，制造水下储油罐、水下油管和水下输油泵，并进行现场安装和调试。
（3）运维和维修：定期对水下储油系统进行运维和维修，确保其长期稳定运行。
水下储油系统设计及实施方案的研究旨在提供一种适应深海环境的水下储油系统。
通过合理的设计和实施方案，可以满足深海油田的储油需求，并确保其安全和稳定运行。
这对于发展深海石油资源具有重要意义。